世间万物总是会从有序到无序，为何会这样？
地球上一切看似稳定的节奏，甚至夜空中常见的月亮都在变化，这些变化逐渐积累，时间箭头推动着宇宙的演化。宇宙并非陷入无休止的循环，而是不可逆转地迈向未来。宇宙的演变经历了许多不同的时期，每一个漫长的时期都有其独特的起止标志。
类似于地球的风雨雷电，太阳也有自己的“天气转变”。每隔11年左右，太阳向外释放的能量就会到达一个巅峰，在近地空间引起地磁暴、电离层扰动等征象，影响人类生涯和地球气候转变。因此，太阳物理学家们希望能预告太阳流动，在太阳猛烈流动前做好应对。 要想领会太阳的流动，一个主要的考察工具就是太阳风。去年8月，美国国家航空航天局（NASA）发射了“帕克”太阳探测器，在超近距离下考察了太阳风，首批研究成果被总结成4篇论文，于今年12月4日在顶级科学期刊《自然》（Nature）杂志揭晓。来看看，太阳上的天气什么样？
01什么是太阳风？ 不同于地球上的风，太阳风仅是一种形象的叫法。美国物理学家尤金·帕克（Eugene Parker）最先凭据理论预言太阳会喷出带电粒子流，并将其称为太阳风。到1959年，前苏联人造卫星“月球一号”首次考察证实了太阳风的存在。 为明白太阳风是怎样形成的，首先需要领会太阳大气的分层情形。如图2所示，太阳的结构分为六层，从内到外依次是：日核、辐射区、对流层、光球层、色球层和日冕。最内的三层组成了太阳的内部结构，最外的三层则组成了太阳大气。其中，人类用肉眼看到的太阳外面就是光球层，这里发出的可见光最强；只有发生日全食，日面可见光被月球遮挡时，人类才可以直接看到日冕，这里就是太阳风降生的地方。
图1: 太阳结构示意图。图片泉源：Universityof Oregon 日冕是一片由稀薄的等离子体组成的厚达几百万公里的广袤区域，其温度可高达110万摄氏度，比光球层高3个数量级，其密度比光球层低7个数量级。 日冕并不是平均的，通过X射线或极紫外线波段拍摄的照片，可以看到日冕中存在着大片电磁辐射、温度和密度都比周围小得多的神秘暗区，从表观上看就像日冕上的一些洞，科学家们将其形象的称之为冕洞。 冕洞是太阳磁场的开放区域，这里的磁力线一端扎根在太阳外面，另一端则向宇宙空间扩散，大量的等离子体顺着磁力线跑出去，形成高速运动的以质子和粒子为主的带电粒子流，席卷整个太阳系。这种高速运动的带电粒子流也就是我们所说的太阳风。
02当太阳风吹向地球 太阳风到达地球轨道四周时速率却可达每秒数百公里以上，约是地表八级大风的两万倍。这么强的风，为什么我们没有感觉到它的存在呢？首先，太阳风异常“稀薄”，
银河系有多重？相当于8900亿颗太阳！且93%都是暗物质！
据外媒报道，近日预发表在ArXiv平台上的一份新研究表明，科学家测得银河系最新质量为太阳的8900亿倍，这相当于296千万亿个地球。人类本就处在银河系中，从内部“称重”有许多难题。但是，恒星等物质的运动揭示着银河系引力对其施加的影响，这是获取质量的关键信息。
粒子密度较小，它在地球四周发生的动压远远小于地表的微风；其次，地磁场也会辅助我们“屏障”绝大部门的太阳风。在地球的南北极，少量“漏网”的高能带电粒子会沿着地球磁力线冲向地球，它们在南北极的上层大气中放电，发生壮丽壮观的极光。
图2 :极地区域的极光。 但有的时刻，太阳上也会发生“风暴”，进而波及地球。在太阳流动猛烈时期，日冕上大尺度的磁场平衡会遭到损坏，发生日冕物质抛射（coronal mass ejection，CMS）。这时刻的太阳风具有更高的风速、更高的粒子密度，以及延续的南向行星际磁场，从而可在近地空间引发地磁暴和电离层扰动，造成通讯卫星失灵、高纬区电网失效和短波通讯、长波导航质量下降，对人类的一样平常生涯、科研考察甚至军事行动造成滋扰，甚至还可能影响地球气候转变。 若是可以提前知晓太阳流动转变，就可以实时地关闭电网和卫星系统，把损失降到最小。而为了更好地预告太阳流动，物理学家们首先要搞清楚太阳风的起源及其加热、加速机制。
03到离太阳最近的地方去 2018年8月12日，NASA在美国卡纳维拉尔角空军基地发射了耗资15亿美元的“帕克”太阳探测器（Parker Solar Probe），对太阳举行亘古未有的近距离考察。现在，“帕克”已行使尖端的科学仪器对太阳举行了3次近距离考察。
图3: 帕克探测器绕太阳运动概念图 慢太阳风的起源是太阳物理研究中的一个主要问题。此前学界已确认速率在每秒450 ~ 850公里的快速太阳风发生于冕洞之中，然而对于速率在每秒250 ~ 450公里的慢速太阳风的泉源，尚未形成统一意见。有些学者以为快速太阳风发生于冕洞中央，慢速太阳风发生于冕洞边缘；也有些学者以为慢速太阳风发生于闭合磁力线和开放磁力线的角色转换。而“帕克”的丈量数据解释，慢速太阳风可能是从太阳赤道四周的一个小冕洞中流出的[1]。 冕洞底部的等离子体流速仅为每秒16公里左右，它们是怎么被加速到超音速并逃离太阳磁场的禁锢成为太阳风的？“帕克”的丈量数据解释这可能是因为太阳磁场的反转而与之对应的阿尔芬颠簸。当太阳风沿太阳磁场线向外扩散时，若磁场线偶然会延续泛起180度的快速反转，太阳风会在数秒至数个小时内出现颠簸的运动特征 [2]。
图4:帕克探测器考察到太阳磁场线反转概念图 此外，“帕克”的考察效果还部门验证了对太阳周围无尘区的料想。科学家们很早就考察到太空中有许多灰尘，这些灰尘是小行星或彗星的残骸。有理论预言在靠近太阳的地方，灰尘会被热浪蒸发，从而在太阳周围形成一个无尘区域，但它从未被考察到。“帕克”传回的图像显示，在距太阳约700万英里的地方灰尘最先变少，这种削减的趋势一直延续到当前的探测极限（距太阳约400万英里处）[3]。科学家们估量若无尘区真的存在的话，PSP最早可在2020年探测到它。
图7: 帕克探测器考察到的宇宙灰尘概念图
04PSP的下一步设计 为什么要在云云靠近太阳的地方研究太阳风呢？加州大学伯克利分校的等离子体物理学家斯图尔特·贝尔（Stuart Bale）说：“虽然科学家们也可以在太阳风席卷地球时研究它，但这样做就像是在瀑布的下游研究瀑布的源头。想要知道瀑布的源头在哪、长什么样，只有一点点溯流而上。” 直到2025年义务结束时，“帕克”还将对太阳举行24次超近距离考察，最近距离将只有现在的三分之一。信赖未来还会有更厚实、更让人激动的考察数据传来，辅助我们更好地展望太阳流动。
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